Descubra o que a abelha tem a ver com o Campo Elétrico e se prepare para tirar nota 10 na sua prova de Física!
Um dos objetivos da Física é registrar observações a respeito do nosso mundo, como o módulo e a orientação da força que um íon de H+ (próton) exerce sobre um íon de Cl‾; já o outro objetivo, é explicar essas observações. Podemos dizer que o íon de H+ cria um campo elétrico no espaço que o cerca. Quando o íon de Cl‾ é colocado em um ponto qualquer desse espaço a partícula “sabe” que o íon de H+ existe devido à força que está “sentindo”.
Neste post, vamos entender melhor essa entidade chamada “campo elétrico” e ver implicações que ela tem na natureza e no dia a dia.
1 – Recordando conceitos e investigando o forno micro-ondas
A temperatura tem um valor definido em todos os pontos de uma sala. Para medir a temperatura em um ponto ou em uma série de pontos basta usar um termômetro. A distribuição de temperaturas resultante é chamada de campo de temperatura, que é um campo escalar, já que a temperatura é uma grandeza escalar.
O campo elétrico é um campo vetorial, constituído por uma distribuição de vetores, um para cada ponto de uma região em torno de um objeto eletricamente carregado, como um bastão de vidro. Em princípio, podemos definir o módulo do campo elétrico em um ponto P nas proximidades de um objeto carregado da seguinte forma: colocamos no ponto P uma carga de prova positiva (um corpo carregado pequeno demais em relação ao outro), medimos a força eletrostática que age sobre a carga de prova e definimos o campo elétrico produzido pelo objeto através da equação:
A unidade de campo elétrico no SI é o newton por coulomb (N/C).
O cientista inglês Michael Faraday, que introduziu a ideia de campos elétricos no século XIX, imaginava que o espaço nas vizinhanças de um corpo eletricamente carregado era ocupado por “linhas de força”. Embora não se acredite mais na existência dessas linhas, hoje conhecidas como linhas de campo elétrico, elas são uma boa maneira de visualizar os campos elétricos.
Para o caso de uma carga pontual positiva (como o próton num modelo clássico), as linhas de campo são radiais e de afastamento:
Já para o caso de duas cargas de mesma intensidade mas de sinais opostos, temos o que chamamos de dipolo elétrico e suas linhas de campo são assim:
Uma coisa curiosa sobre os dipolos elétricos é que eles sofrem um torque (giram) quando submetidos a um campo elétrico externo uniforme e isso é algo muito vantajoso na hora de esquentar comida!
Se liga: uma molécula de água (H2O) se comporta como um dipolo elétrico:
Os dez elétrons da molécula (8 do oxigênio e um de cada hidrogênio) tendem a permanecer mais tempo nas proximidades do núcleo de oxigênio, tornando este lado ligeiramente mais negativo.
Assim, todo alimento que contém água pode ser esquentado ou cozido em um forno de micro-ondas. Quando o forno é ligado uma fonte de micro-ondas produz um campo elétrico alternado no interior do forno e também no interior do alimento e este campo tende a girar as moléculas de água, alinhando-as ao campo. Como o campo é alternado, as moléculas mudam constantemente de orientação. Ao se agitarem com a mesma frequência do campo elétrico, a energia cinética média das moléculas aumenta, elevando a temperatura do alimento!
Apesar de alguns merecerem, não faça isso!
2 – Direcionando uma gotinha numa impressora à jato
A necessidade de impressoras mais rápidas e de alta resolução levou os fabricantes a procurar alternativas para a impressão por impacto usada nas antigas máquinas de escrever. Uma das soluções encontradas foi o emprego de campos elétricos para controlar o movimento de pequenas gotas de tinta. Alguns modelos de impressoras jato de tinta utilizam esse sistema.
A figura mostra uma gota de tinta negativamente carregada que se move entre duas placas defletoras usadas para criar um campo elétrico uniforme, dirigido para baixo. A gota é desviada para cima e atinge o papel em uma posição que depende do módulo do campo elétrico e da carga da gota (no caso ela é negativa para ser atraída).
Na prática, o valor do campo é mantido constante e a posição da gota é determinada pela carga Q fornecida à gota por uma unidade de carregamento pela qual a gota passa antes de entrar no sistema de deflexão. A unidade de carregamento, por sua vez, é controlada por sinais eletrônicos que definem o texto ou desenho a ser impresso.
Esse não aguenta esperar a impressão ficar pronta.
3 – Você sabe o que é centelha?
Quando o módulo do campo elétrico no ar excede um certo valor crítico, o ar sofre uma ruptura dielétrica, processo no qual o campo arranca elétrons de átomos do ar. Com isso, o ar se torna um condutor de corrente elétrica, já que os elétrons arrancados são postos em movimento pelo campo. Ao se moverem, esses elétrons colidem com outros átomos do ar, fazendo com que emitam luz. Podemos ver o caminho percorrido pelos elétrons graças à luz emitida, que recebe o nome de centelha.
A figura acima mostra as centelhas que aparecem na extremidade de condutores metálicos quando os campos elétricos produzidos pelos fios provocam a ruptura dielétrica do ar.
4 – A polinização da abelha
A capacidade de uma abelha de transportar pólen de uma flor para outra depende de dois fatores: (i) as abelhas adquirem uma carga elétrica durante o voo; (ii) a antera de uma flor (figura abaixo) está isolada eletricamente da terra, mas o estigma está ligado eletricamente à terra.
Quando uma abelha passa nas proximidades de uma antera o campo elétrico produzido pela carga da abelha induz uma carga em um grão de pólen eletricamente neutro, fazendo com que o lado mais próximo da abelha fique ligeiramente mais negativo que o lado mais afastado.
As cargas dos dois lados são iguais, mas as distâncias até a abelha são diferentes e a força de atração sobre o lado mais próximo é ligeiramente maior que a força de repulsão sobre o lado mais afastado. Em consequência, o grão de pólen é atraído para a abelha e fica preso nos pelos do inseto enquanto este voa para a flor seguinte.
Quando a abelha se aproxima de um estigma de outra flor a carga da abelha e a carga induzida no grão atraem alguns elétrons de condução até a ponta do estigma, porque o estigma está ligado eletricamente à terra.
Esses elétrons atraem as cargas de sinal oposto existentes no lado mais próximo do grão. Essa força muitas vezes é suficiente para fazer o grão de pólen saltar para o estigma, iniciando o processo de fecundação da planta.
Hoje em dia os engenheiros agrícolas imitam esse processo borrifando as plantas com grãos de pólen eletricamente carregados, para que os grãos se concentrem preferencialmente nos estigmas.
Se aprofunde em Campo Elétrico com a gente e se dê bem na hora da prova! 🙂
